JP5133533B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明は撮像装置に関する。The present invention relates to an imaging apparatus.
焦点検出用画素(以下、AF用画素という)を備えた撮像素子を用い、AF用画素の周辺の撮像用画素の画像データからAF用画素の画像データを補間して求めるようにしたカラー撮像装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 A color imaging apparatus that uses an imaging device having focus detection pixels (hereinafter referred to as AF pixels) and interpolates image data of AF pixels from image data of imaging pixels around the AF pixels. Is known (see, for example, Patent Document 1).
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
しかしながら、上述した従来のカラー撮像装置には次のような問題がある。
図30に示す撮像素子のAF用画素列上に、緑色成分あるいは青色成分が背景の緑色成分あるいは青色成分と異なる細線パターン(図中に破線で示す)402が重畳した場合には、上記(1)式と(2)式による画像データの補間ではAF用画素列上の画像データが背景と同じ色成分となってしまい、細線パターン402を画像データとして再現することができない。
また、細線パターンだけでなく、エッジパターンがAF用画素列上に重畳した場合には、従来の画像データ補間ではエッジパターンを忠実に再現できず、偽色などのノイズが発生する場合がある。
However, the above-described conventional color imaging device has the following problems.
When a thin line pattern 402 (shown by a broken line in the drawing) in which the green component or the blue component is different from the background green component or the blue component is superimposed on the AF pixel row of the image sensor shown in FIG. In the interpolation of the image data according to the equations (2) and (2), the image data on the AF pixel column has the same color component as the background, and the
Further, when not only the fine line pattern but also the edge pattern is superimposed on the AF pixel column, the edge pattern cannot be faithfully reproduced by the conventional image data interpolation, and noise such as false color may occur.
(1) 請求項1の発明による撮像装置は、第1分光感度特性を有する複数の第1撮像用画素と第2分光感度特性を有する複数の第2撮像用画素と第3分光感度特性を有する複数の第3撮像用画素とを含む3種類の撮像用画素が二次元状の規則的な配列に従って配置され、第1撮像用画素と第2撮像用画素とが交互に配置された画素列の一部において、少なくとも第1撮像用画素を置き換えて焦点検出用画素が配置され、複数の焦点検出用画素のうちの、互いに隣り合う焦点検出用画素と焦点検出用画素との間には、第1撮像用画素と第2撮像用画素とが配置され、光学系により結像される像を撮像する撮像素子と、焦点検出用画素の画素位置の画像データを、該焦点検出用画素と該焦点検出用画素に隣り合う焦点検出用画素との間に配置された第1撮像用画素および第2撮像用画素のうちの第1撮像用画素を含む、該焦点検出用画素に対して、対角方向、水平方向および垂直方向に、隣り合う複数の第1撮像用画素の画素データに基づいて補間する補間手段とを備え、3種類の撮像用画素はそれぞれ赤色フィルタ、緑色フィルタおよび青色フィルタを備え、3種類の撮像用画素がベイヤー配列に従って撮像素子に配置されることを特徴とする。
(2) 請求項2の発明による撮像装置において、焦点検出用画素は、画素列の一部における第1撮像用画素および第2撮像用画素に置き換わって撮像素子に配置され、補間手段は、第1撮像用画素を置き換えて配置された焦点検出用画素の画像データを、該焦点検出用画素と該焦点検出用画素に隣り合う焦点検出用画素との間に配置された第1撮像用画素の画素データに基づいて補間するとともに、第2撮像用画素を置き換えて配置された焦点検出用画素の画像データを、該焦点検出用画素と該焦点検出用画素に隣り合う焦点検出用画素との間に配置された第2撮像用画素の画素データに基づいて補間することを特徴とする。
(3) 請求項3の発明による撮像装置において、第1撮像用画素と第2撮像用画素とが撮像素子に正方配列され、画素列の延在方向は正方配列の各辺または対角線の方向とすることを特徴とする。
(4) 請求項4の発明による撮像装置において、焦点検出用画素は、光学系の射出瞳において画素列の延在方向に沿った異なる瞳部分を通る対の光束を受光することを特徴とする。
(5) 請求項5の発明による撮像装置において、焦点検出用画素はマイクロレンズと光電変換部とを備え、マイクロレンズに関して光電変換部と光学系の射出瞳とが共役であることを特徴とする。
(6) 請求項6の発明による撮像装置において、焦点検出用画素は対の光電変換部を備え、対の光電変換部のそれぞれにより光学系の互いに異なる瞳部分を通る対の光束がそれぞれ受光されることを特徴とする。
(7) 請求項7の発明による撮像装置において、焦点検出用画素が備える光電変換部により光学系の互いに異なる瞳部分を通る対の光束の一方が受光されることを特徴とする。(8) 請求項8の発明による撮像装置において、光学系の互いに異なる瞳部分を通る対の光束をそれぞれ受光する対の焦点検出用画素が複数対配置されることを特徴とする。
(9) 請求項9の発明による撮像装置において、焦点検出用画素は第1撮像用画素および第2撮像用画素と異なる分光感度特性を有することを特徴とする。
(10) 請求項10の発明による撮像装置において、規則的な配列を構成する第1撮像用画素を置き換えて配置された焦点検出用画素は、置き換えられた該第1撮像用画素と同じ分光感度特性を有することを特徴とする。
(11) 請求項11の発明による撮像装置において、第1撮像用画素および第2撮像用画素は、それぞれマイクロレンズと光電変換部とを備え、マイクロレンズに関して光電変換部と光学系の射出瞳とが共役であることを特徴とする。
(12) 請求項12の発明による撮像装置において、第1撮像用画素および第2撮像用画素がそれぞれ備えるマイクロレンズの光学特性と、焦点検出用画素が備えるマイクロレンズの光学特性とを相異ならせることを特徴とする。
(13) 請求項13の発明による撮像装置において、撮像素子の焦点検出用画素の出力データに基づいて光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段をさらに備えることを特徴とする。
(14) 請求項14の発明による撮像装置において、規則的な配列は、第1撮像用画素と第2撮像用画素とによる正方配列であって、正方配列を構成する第1撮像用画素を置き換えて配置された焦点検出用画素の画素位置に対し、正方配列の各辺および対角線の方向において最も近接した画素位置には該焦点検出用画素に隣り合う焦点検出用画素が配置されないことを特徴とする。
(15) 請求項15の発明による撮像装置は、緑色の分光特性を有する第1撮像用画素が2つと、青色の分光特性を有する第2撮像用画素が1つと、赤色の分光特性を有する第3撮像用画素が1つとからなる2行2列の単位格子がベイヤー配列として2次元的に配置され、撮像用画素の配列の水平方向、垂直方向および対角方向のうちのいずれか1つの方向の直線上に配列した撮像用画素のうち複数の第1撮像用画素のそれぞれに置き換えて複数の焦点検出用画素が配置され、複数の焦点検出用画素のうちの、互いに隣り合う焦点検出用画素と焦点検出用画素との間には、少なくとも1つの第1撮像用画素が配置されるとともに、各焦点検出画素の周囲には、各焦点検出用画素を挟んで対角方向に4つの第1撮像用画素が各焦点検出画素に隣接して配置され、各焦点検出用画素を挟んで水平方向に各焦点検出用画素から1画素ずつおいて2つの第1撮像用画素が配置され、各焦点検出用画素を挟んで垂直方向に各焦点検出用画素から1画素ずつおいて2つの第1撮像用画素が配置される撮像素子と、各焦点検出用画素を挟んで対角方向に各焦点検出用画素に隣接して配置された4つの第1撮像用画素の画素データと、各焦点検出画素を挟んで水平方向に各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された2つの第1撮像用画素の画素データと、各焦点検出画素を挟んで垂直方向に各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された2つの第1撮像用画素の画素データとに基づき、各焦点検出画素の位置の画像データを補間演算する補間演算手段とを備えることを特徴とする。
(16) 請求項16の発明による撮像装置は、緑色の分光特性を有する第1撮像用画素が2つと、青色の分光特性を有する第2撮像用画素が1つと、赤色の分光特性を有する第3撮像用画素が1つとからなる2行2列の単位格子がベイヤー配列として2次元的に配置され、複数の第2撮像用画素のそれぞれに置き換えて複数の焦点検出用画素が配置されるとともに、複数の焦点検出用画素の各焦点検出用画素に対し水平方向において最も近い位置に位置し、各焦点検出用画素を挟んで水平方向に各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された2つの第2撮像用画素と、各焦点検出用画素に対し垂直方向において最も近い位置に位置し、各焦点検出用画素を挟んで垂直方向に各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された2つの第2撮像用画素と、各焦点検出用画素に対し対角方向において最も近い位置に位置し、各焦点検出用画素を挟んで対角方向に各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された4つの第2撮像用画素とのそれぞれについては、複数の焦点検出用画素で置き換えない撮像素子と、各焦点検出用画素に対し水平方向において最も近い位置に位置し、各焦点検出用画素を挟んで水平方向に各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された2つの第2撮像用画素の画素データと、各焦点検出用画素に対し垂直方向において最も近い位置に位置し、各焦点検出用画素を挟んで垂直方向に各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された2つの第2撮像用画素の画素データと、各焦点検出用画素に対し対角方向において最も近い位置に位置し、各焦点検出用画素を挟んで対角方向に各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された4つの第2撮像用画素の画素データとに基づき、各焦点検出用画素の位置の画像データを補間演算する補間演算手段とを備えることを特徴とする。
(17) 請求項17の発明による撮像装置は、緑色の分光特性を有する複数の第1撮像用画素と、青色の分光特性を有する複数の第2撮像用画素と、赤色の分光特性を有する複数の第3撮像用画素とが二次元状の規則的な配列に従って配置され、複数の第1撮像用画素に置き換えて、互いに対をなす第1焦点検出用画素と第2焦点検出用画素とが複数対配置されるとともに、光学系により結像される像を撮像する撮像素子であって、複数の第2撮像用画素の画素数と複数の第3撮像用画素の画素数とは等しく、複数の第1撮像用画素の画素数は複数の第2撮像用画素の画素数の2倍であり、第1焦点検出用画素および第2焦点検出用画素は複数の第1撮像用画素と同一の緑色の分光特性を有し、第1焦点検出用画素および第2焦点検出用画素の各々は1つのマイクロレンズと1つの光電変換部とを備え、マイクロレンズに関して光電変換部と光学系の射出瞳とが共役であり、第1焦点検出用画素が備える光電変換部により光学系の互いに異なる瞳部分を通る対の光束の一方が受光され、かつ第2焦点検出用画素が備える光電変換部により対の光束の他方が受光されるとともに、対の光束の並び方向に互いに隣り合って配置された第1焦点検出用画素どうしの間と、対の光束の並び方向に隣り合って配置された第2焦点検出用画素どうしの間とに第1撮像用画素がそれぞれ配置される撮像素子と、対の光束の並び方向に互いに隣り合って配置された第1焦点検出用画素どうしの間に配置された第1撮像用画素の画素データと、第1焦点検出用画素の画素データとを含む少なくとも2つの画素データに基づき、第1焦点検出用画素の位置の画像データを補間演算するとともに、対の光束の並び方向に隣り合って配置された第2焦点検出用画素どうしの間に配置された第1撮像用画素の画素データと、第2焦点検出用画素の画素データとを含む少なくとも2つの画素データに基づき、第2焦点検出用画素の位置の画像データを補間演算する補間演算手段とを備えることを特徴とする。
(1) The imaging device according to the invention of
(2) In the imaging device according to the invention of
(3) In the imaging device according to the invention of
(4) In the image pickup device according to the invention of
(5) In the imaging device according to the invention of
(6) In the imaging device according to the invention of
(7) The image pickup apparatus according to the invention of
(9) In the imaging device according to the invention of
(10) In the imaging device according to the invention of
(11) In the imaging device according to the invention of
(12) In the imaging device according to the invention of
(13) The image pickup apparatus according to the thirteenth aspect of the invention is further characterized by further comprising focus detection means for detecting the focus adjustment state of the optical system based on the output data of the focus detection pixels of the image pickup device.
(14) In the imaging device according to the fourteenth aspect of the invention, the regular array is a square array of the first imaging pixels and the second imaging pixels, and replaces the first imaging pixels constituting the square array. The focus detection pixels adjacent to the focus detection pixels are not arranged at the pixel positions closest to the pixel positions of the focus detection pixels arranged in the square direction with respect to the pixel positions of the focus detection pixels. To do.
(15) An image pickup apparatus according to a fifteenth aspect of the invention has two first imaging pixels having green spectral characteristics, one second imaging pixel having blue spectral characteristics, and red spectral characteristics. A unit cell of 2 rows and 2 columns composed of 3 imaging pixels is two-dimensionally arranged as a Bayer array, and any one of the horizontal direction, the vertical direction, and the diagonal direction of the array of imaging pixels A plurality of focus detection pixels are arranged in place of each of the plurality of first imaging pixels among the imaging pixels arranged on the straight line, and the focus detection pixels adjacent to each other among the plurality of focus detection pixels. And at least one first imaging pixel is arranged between the focus detection pixels and four first detection pixels in the diagonal direction around each focus detection pixel. Imaging pixels next to each focus detection pixel Two first image-capturing pixels are arranged in a horizontal direction with each focus detection pixel being placed one by one from each focus detection pixel, and each focus detection pixel is placed in a vertical direction. An image sensor in which two first imaging pixels are arranged one pixel at a time from the focus detection pixels, and 4 arranged adjacent to each focus detection pixel diagonally across each focus detection pixel. Pixel data of two first imaging pixels, pixel data of two first imaging pixels arranged one pixel from each focus detection pixel in the horizontal direction across each focus detection pixel, and each focus detection Interpolation calculation for interpolating the image data at the position of each focus detection pixel based on the pixel data of two first imaging pixels arranged one pixel from each focus detection pixel in the vertical direction across the pixel Means .
(16) In the imaging device according to the sixteenth aspect, there are two first imaging pixels having green spectral characteristics, one second imaging pixel having blue spectral characteristics, and red spectral characteristics. A unit cell of 2 rows and 2 columns composed of 3 imaging pixels is arranged two-dimensionally as a Bayer array, and a plurality of focus detection pixels are arranged by replacing each of the plurality of second imaging pixels. The focus detection pixels of the plurality of focus detection pixels are positioned closest to each focus detection pixel in the horizontal direction, and are arranged one pixel from each focus detection pixel in the horizontal direction with the focus detection pixels interposed therebetween. Two second imaging pixels and each focus detection pixel are positioned closest to each other in the vertical direction, and are arranged one pixel from each focus detection pixel in the vertical direction across each focus detection pixel. Two second shots The image pixel and the focus detection pixel are positioned closest to each other in the diagonal direction, and are arranged one pixel from each focus detection pixel in the diagonal direction across each focus detection pixel. For each of the two second imaging pixels, the imaging element that is not replaced with a plurality of focus detection pixels and the position closest to each focus detection pixel in the horizontal direction and sandwiching each focus detection pixel The pixel data of the two second imaging pixels arranged one pixel from each focus detection pixel in the horizontal direction and the position closest to each focus detection pixel in the vertical direction, and for each focus detection The pixel data of two second imaging pixels arranged one pixel from each focus detection pixel in the vertical direction across the pixel, and located closest to each focus detection pixel in the diagonal direction For each focus detection Interpolation calculation is performed on the image data at the position of each focus detection pixel based on the pixel data of the four second imaging pixels arranged one pixel from each focus detection pixel in a diagonal direction across the element. And an interpolation calculation means .
(17) The imaging device according to the invention of
本発明によれば、焦点検出用画素の位置の画像データを正確に再現して画像品質の劣化を防止することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately reproduce the image data at the position of the focus detection pixel and prevent deterioration of the image quality.
本願発明の一実施の形態による撮像素子を、デジタルスチルカメラに適用した一実施の形態を説明する。図1は一実施の形態の構成を示す。一実施の形態のデジタルスチルカメラ201は交換レンズ202とカメラボディ203から構成され、交換レンズ202はマウント部204によりカメラボディ203に装着される。
An embodiment in which an image sensor according to an embodiment of the present invention is applied to a digital still camera will be described. FIG. 1 shows the configuration of an embodiment. A
交換レンズ202はレンズ駆動制御装置206、ズーミング用レンズ208、レンズ209、フォーカシング用レンズ210、絞り211などを備えている。レンズ駆動制御装置206は、マイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から成り、フォーカシング用レンズ210と絞り211の駆動制御、絞り211、ズーミング用レンズ208およびフォーカシング用レンズ210の状態検出、後述するボディ駆動制御装置214に対するレンズ情報の送信とカメラ情報の受信などを行う。
The
カメラボディ203は撮像素子212、ボディ駆動制御装置214、液晶表示素子駆動回路215、液晶表示素子216、接眼レンズ217、メモリカード219などを備えている。撮像素子212には後述する画素が二次元状に配列されており、交換レンズ202の予定結像面に配置されて交換レンズ202により結像される被写体像を撮像する。なお、詳細を後述するが撮像素子212の所定の焦点検出位置には焦点検出用画素(以下、AF用画素という)が配列される。
The
ボディ駆動制御装置214はマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、撮像素子212からの画像信号の読み出し、画像信号の補正、交換レンズ202の焦点調節状態の検出、レンズ駆動制御装置206からのレンズ情報の受信とカメラ情報(デフォーカス量)の送信、ディジタルスチルカメラ全体の動作制御などを行う。ボディ駆動制御装置214とレンズ駆動制御装置206は、マウント部204の電気接点部213を介して通信を行い、各種情報の授受を行う。
The body
液晶表示素子駆動回路215は、液晶ビューファインダー(EVF:電気的ビューファインダー)の液晶表示素子216を駆動する。撮影者は接眼レンズ217を介して液晶表示素子216に表示された像を観察することができる。メモリカード219はカメラボディ203に脱着可能であり、画像信号を格納記憶する可搬記憶媒体である。
The liquid crystal display
交換レンズ202を通過して撮像素子212上に形成された被写体像は、撮像素子212により光電変換され、その出力はボディ駆動制御装置214へ送られる。ボディ駆動制御装置214は、撮像素子212上のAF用画素の出力データに基づいて所定の焦点検出位置におけるデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置206へ送る。また、ボディ駆動制御装置214は、撮像素子212の出力に基づいて生成した画像信号をメモリカード219に格納するとともに、画像信号を液晶表示素子駆動回路215へ送り、液晶表示素子216に画像を表示させる。
The subject image formed on the
カメラボディ203には不図示の操作部材(シャッターボタン、焦点検出位置の設定部材など)が設けられており、これらの操作部材からの操作状態信号をボディ駆動制御装置214が検出し、検出結果に応じた動作(撮像動作、焦点検出位置の設定動作、画像処理動作)の制御を行う。
The
レンズ駆動制御装置206はレンズ情報をフォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放F値などに応じて変更する。具体的には、レンズ駆動制御装置206は、レンズ208、210の位置と絞り211の絞り位置をモニターし、モニター情報に応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからモニター情報に応じたレンズ情報を選択する。レンズ駆動制御装置206は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、このレンズ駆動量に基づいてフォーカシングレンズ210を不図示のモーター等の駆動源により合焦点へと駆動する。
The lens
図2は撮影画面上における焦点検出位置を示す。撮影画面100の5カ所に焦点検出エリア101〜105が配置される。これらの焦点検出エリア101〜105は、後述する撮像素子212のAF用画素が撮影画面100上で被写体像をサンプリングする領域を示し、長方形で示した焦点検出エリア101〜105の長手方向にAF用画素が直線的に配列される。撮影者は、複数の焦点検出エリア101〜105の中から撮影構図に応じて焦点検出エリア選択操作部材(不図示)により焦点検出エリアを手動で選択する。
FIG. 2 shows a focus detection position on the photographing screen.
図3は撮像素子212の撮像用画素の配列を示す。撮像素子212の基板上に二次元的に配列する撮像用画素には、図3に示すようなベイヤー配列の色フィルタが設けられる。なお、図3には4画素分(2×2)の撮像用画素に対する色フィルタの配列を示すが、撮像素子212上には図3に示すベイヤー配列をもつ4画素分の撮像用画素ユニットが二次元状に配置される。ベイヤー配列においては、緑色フィルタ(G)の2画素が対角線上に配置され、青色フィルタ(B)と赤色フィルタ(R)が1画素ずつ対角線上に配置される。ベイヤー配列では緑画素の密度が赤画素および青画素の密度より高い。
FIG. 3 shows an array of imaging pixels of the
図8に、撮像素子212の撮像用緑画素、撮像用赤画素および撮像用青画素の分光特性を示す。この分光特性は、図3に示す各色フィルタの分光感度、光電変換を行うフォトダイオード(不図示)の分光感度、および赤外カットフィルタ(不図示)の分光特性を総合した分光特性であり、緑画素、赤画素、青画素は色分解を行うためにそれぞれの感度が異なる光波長領域(異なる分光感度を有する)となっている。特に、緑画素の分光特性は、図10に示すように比視感度のピークに近い感度を有する。
FIG. 8 shows spectral characteristics of the imaging green pixel, imaging red pixel, and imaging blue pixel of the
なお、AF用画素には光量をかせぐために色フィルタは配置されておらず、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオード(不図示)の分光感度と、赤外カットフィルタ(不図示)の分光特性とを総合した図9に示す分光特性となる。このAF用画素の分光特性は、図8に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括している。 Note that a color filter is not disposed in the AF pixel to increase the amount of light, and the spectral characteristics thereof are the spectral sensitivity of a photodiode (not shown) that performs photoelectric conversion and the spectral characteristic of an infrared cut filter (not shown). The spectral characteristics shown in FIG. The spectral characteristic of the AF pixel is a spectral characteristic obtained by adding the spectral characteristics of the green pixel, red pixel, and blue pixel shown in FIG. 8, and the light wavelength region of the sensitivity is the sensitivity of the green pixel, red pixel, and blue pixel. It covers the optical wavelength region.
図5は撮像素子212の詳細な構成を示す正面図である。なお、図5では撮像素子212上のひとつの焦点検出エリア近傍を拡大して示す。撮像素子212は撮像用画素(緑画素310a、青画素310b、赤画素310c)と、AF用画素(緑画素を置換したAF用画素311a、青画素を置換したAF用画素311b)とから構成される。図6に示すように、撮像用画素310a、310b、310cはマイクロレンズ10、光電変換部11および色フィルタ(不図示)を有する。また、図7に示すように、AF用画素311a、311bはマイクロレンズ10と一対の光電変換部12,13を有する。
FIG. 5 is a front view showing a detailed configuration of the
撮像用画素310a、310b、310cの光電変換部11は、マイクロレンズ10によって明るい交換レンズの射出瞳(たとえばF1.0)を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。AF用画素311a、311bの一対の光電変換部12、13は、マイクロレンズ10によって交換レンズの特定の射出瞳(たとえばF2.8)を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。
The
図5に示すように、二次元状に配置された撮像用画素310a、310b、310cはRGBのベイヤー配列の色フィルタが備えられる。AF用画素311a、311bは、撮像用画素の緑画素310aと青画素310bが配置されるべき行(列)に直線上に配置され、AF用画素311a、311bの間は2画素分離れており、そこには緑画素310aと青画素310bが1つずつ配置されている。
As shown in FIG. 5, the
AF用画素311a、311bを撮像用画素の緑画素310aと青画素310bが配置されるべき行(列)に配置することによって、後述する画素補間によりAF用画素311の位置の画素信号を補間する場合に多少誤差が生じても人間の眼には目立たなくすることができる。この理由は、人間の目は青より赤に敏感であることと、緑画素の密度が青画素と赤画素より高いので緑画素の1画素の欠陥に対する画像劣化への寄与が小さいからである。
By arranging the
AF用画素311a、311bは焦点検出エリアの中に配列される。AF用画素311a、311bの間に緑画素310aと青画素310bを配置することによって、この緑画素310aと青画素310bの画像データをAF用画素311a、311bの位置の画像データを補間する際に利用することができ、AF用画素列の配列上にエッジや細線などの画像パターンが重畳した場合でも良好に画像データの補間を行うことができる。
The
図11は撮像用画素310a、310b、310cの断面図である。撮像用画素310a、310b、310cにおいて、撮像用の光電変換部11の前方にマイクロレンズ10が配置され、マイクロレンズ10により光電変換部11が前方に投影される。光電変換部11は半導体回路基板29上に形成される。上述した色フィルタ(不図示)はマイクロレンズ10と光電変換部11の中間に配置される。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the
図12はAF用画素311a、311bの断面図である。AF用画素311a、311bにおいて、焦点検出用の光電変換部12、13の前方にマイクロレンズ10が配置され、マイクロレンズ10により光電変換部12、13が前方に投影される。光電変換部12、13は半導体回路基板29上に形成される。
FIG. 12 is a cross-sectional view of the
ここで、図13により瞳分割型位相差検出方式による焦点検出原理を説明する。図において、90は交換レンズの予定結像面に配置されたマイクロレンズの前方d4の距離に設定された射出瞳である。なお、距離d4は、マイクロレンズの曲率、屈折率およびマイクロレンズと光電変換部の間の距離などに応じて決まる距離であって、以下では測距瞳距離と呼ぶ。91は交換レンズの光軸、50、60はマイクロレンズ、52、53は焦点検出用画素の一対の光電変換部、61は撮像用画素の光電変換部、72、73は焦点検出光束、74は撮像光束である。また、92はマイクロレンズ50により投影された光電変換部52の領域(以下、測距瞳と呼ぶ)、93はマイクロレンズ50により投影された光電変換部53の領域(以下、測距瞳と呼ぶ)、94はマイクロレンズ60により投影された光電変換部61の領域(以下、測距瞳と呼ぶ)である。
Here, the principle of focus detection by the pupil division type phase difference detection method will be described with reference to FIG. In the figure,
図13においては、光軸91上にあるAF用画素(マイクロレンズ50と一対の光電変換部52、53を有する)と、隣接する撮像用画素(マイクロレンズ60と光電変換部61を有する)とを模式的に例示したが、その他のAF用画素においても、一対の光電変換部はそれぞれ一対の測距瞳92、93から各マイクロレンズに到来する光束を受光するとともに、その他の撮像用画素においても、光電変換部はそれぞれ一対の領域94から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。AF用画素の配列方向は一対の測距瞳の並び方向と一致させる。
In FIG. 13, an AF pixel (having a
マイクロレンズ50は光学系の予定結像面近傍に配置されており、光軸91上に配置されたマイクロレンズ50によりその背後に配置された一対の光電変換部52、53の形状がマイクロレンズ50から投影距離d4だけ離間した射出瞳90上に投影され、その投影形状は測距瞳92,93を形成する。すなわち、投影距離d4にある射出瞳90上で各焦点検出用画素の光電変換部の投影形状(測距瞳92,93)が一致するように、各画素の投影方向が決定されている。AF用画素において、マイクロレンズに関して光電変換部と交換レンズ(撮影光学系)の射出瞳とが共役である。
The
光電変換部52は、測距瞳92を通過しマイクロレンズ50に向う焦点検出光束72によってマイクロレンズ50上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。一方、光電変換部53は、測距瞳93を通過しマイクロレンズ50に向う焦点検出光束73によってマイクロレンズ50上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。このようなAF用画素を直線状に多数配置し、各画素の一対の光電変換部の出力を測距瞳92および測距瞳93に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳92と測距瞳93を各々通過する焦点検出光束がAF用画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。
The
この情報に対して後述する像ズレ検出演算処理(相関処理、位相差検出処理)を施すことによって、いわゆる瞳分割方式で一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、予定結像面に対する現在の結像面(予定結像面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における結像面)の偏差(デフォーカス量)を算出することができる。 By applying an image shift detection calculation process (correlation process, phase difference detection process) to be described later to this information, the image shift amount of a pair of images is detected by a so-called pupil division method. Further, by multiplying the image shift amount by a predetermined conversion coefficient, the deviation of the current imaging plane (the imaging plane at the focus detection position corresponding to the position of the microlens array on the planned imaging plane) with respect to the planned imaging plane (Defocus amount) can be calculated.
マイクロレンズ60は光学系の予定結像面近傍に配置されており、マイクロレンズ60によりその背後に配置された光電変換部61の形状がマイクロレンズ60から投影距離d4だけ離間した射出瞳90上に投影され、その投影形状は領域94を形成する。すなわち、投影距離d4にある射出瞳90上で各撮像用画素の光電変換部の投影形状(領域94)が一致するように、各画素の投影方向が決定されている。光電変換部61は領域94を通過してマイクロレンズ60に向う撮影光束74によって、マイクロレンズ60上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
The
このような撮像用画素を二次元状に多数配置し、各画素の光電変換部の出力を検出することによって、画面上の像の二次元的な光強度分布に関する情報(画像データ)が得られる。 By arranging a large number of such imaging pixels two-dimensionally and detecting the output of the photoelectric conversion unit of each pixel, information (image data) relating to the two-dimensional light intensity distribution of the image on the screen can be obtained. .
図14は射出瞳面における投影関係を示す正面図である。マイクロレンズによりAF用画素の一対の光電変換部を射出瞳面90に投影した測距瞳92,93の外接円は、結像面から見た場合に所定の開口F値(測距瞳F値と称する。ここではF2.8)となる。また、マイクロレンズにより撮像用画素の光電変換部を射出瞳面90に投影した領域94は、測距瞳92、93を包含した広い領域となる。最も明るい絞り開口(F1)に対応した測距瞳面90上の領域は95、暗い絞り開口(F5.6)に対応した測距瞳面90上の領域は96である。
FIG. 14 is a front view showing a projection relationship on the exit pupil plane. The circumscribed circle of the
領域94は領域95、96よりも広い領域となっているので、撮像用画素の受光する光束は絞り開口により制限され、撮像用画素のデータは絞り開口値に応じて変化する。測距瞳92、93は領域95より狭く、領域96より広くなっている。そのため、絞り開口値がF2.8より明るい場合は、絞り開口値が変化してもAF用画素のデータは変化せず、絞り開口値がF2.8より暗い場合はAF用画素のデータは絞り開口値に応じて変化する。
Since the
撮像用画素データ値/焦点検出用画素データ値を出力比係数(絞り開口値F2.8の時に1になるとして規格化)としてグラフ化すると、図15に示すように、開口値がF2.8より暗い場合には開口値に因らず一定値1であり、開口値がF2.8より明るい場合には開口値が明るくなるにつれて増大する。 When the imaging pixel data value / focus detection pixel data value is graphed as an output ratio coefficient (normalized as 1 when the aperture value is F2.8), the aperture value is F2.8 as shown in FIG. When the aperture value is darker, the constant value is 1 regardless of the aperture value. When the aperture value is brighter than F2.8, the aperture value increases as the aperture value becomes brighter.
図16は、一実施の形態のデジタルスチルカメラ(撮像装置)の動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置214は、カメラの電源が投入されている間、この動作を繰り返し実行する。ステップ100でカメラの電源がオンされるとステップ110へ進み、撮像用画素のデータを間引き読み出しし、電子ビューファインダーに表示させる。撮像用画素のデータを間引き読み出しする際には、AF用画素がなるべく含まれないような設定で間引き読み出しをすることによって、表示品質を向上させることができる。
FIG. 16 is a flowchart illustrating the operation of the digital still camera (imaging device) according to the embodiment. The body
ステップ120ではAF用画素列からデータを読み出す。ここで、焦点検出エリアは不図示の選択操作部材を用いてユーザーにより選択されているものとする。次に、ステップ130で、AF用画素列に対応した一対の像データに基づいて像ズレ検出演算処理を行い、像ズレ量を演算し、さらにデフォーカス量を算出する。 In step 120, data is read from the AF pixel column. Here, it is assumed that the focus detection area is selected by the user using a selection operation member (not shown). Next, in step 130, an image shift detection calculation process is performed based on a pair of image data corresponding to the AF pixel row, an image shift amount is calculated, and a defocus amount is further calculated.
ここで、図17を参照して像ズレ検出演算処理(相関アルゴリズム)について説明する。あるAF用画素列に対応する一対のデータをそれぞれei,fi(ただしi=1〜m)とすると、まず次式に示す差分型相関アルゴリズムによって相関量C(L)を求める。
C(L)=Σ|e(i+L)−f(i)| ・・・(1)
(1)式において、Σはi=p〜qの総和演算を表す。また、Lは整数であり、一対のデータの検出ピッチを単位とした相対的シフト量である。また、Lのとる範囲はLmin〜Lmax(図では−5〜+5)である。さらに、パラメータiのとる範囲はpからqまでであり、1≦p<q≦mの条件を満足するように定められる。
Here, the image shift detection calculation process (correlation algorithm) will be described with reference to FIG. Assuming that a pair of data corresponding to a certain AF pixel column is ei, fi (where i = 1 to m), first, a correlation amount C (L) is obtained by a differential correlation algorithm expressed by the following equation.
C (L) = Σ | e (i + L) −f (i) | (1)
In the equation (1), Σ represents a total operation of i = p to q. L is an integer, and is a relative shift amount with the detection pitch of a pair of data as a unit. Further, the range of L is Lmin to Lmax (-5 to +5 in the figure). Further, the range of the parameter i is from p to q, and is determined so as to satisfy the condition of 1 ≦ p <q ≦ m.
(4)式の演算結果は、図17(a)に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量L=kj(図17(a)ではkj=2)において相関量C(L)が最小になる。次に、(2)式〜(5)式による3点内挿の手法を用いて連続的な相関量に対する最小値C(L)min=C(x)を与えるシフト量xを求める。
x=kj+D/SLOP ・・・(2),
C(x)= C(kj)−|D| ・・・(3),
D={C(kj-1)−C(kj+1)}/2 ・・・(4),
SLOP=MAX{C(kj+1)−C(kj),C(kj-1)−C(kj)} ・・・(5)
また、(1)式で求めたシフト量xにより、被写体像面の予定結像面に対するデフォーカス量DEFを次式により求めることができる。
DEF=KX・PY・x ・・・(6)
(6)式において、PYは検出ピッチであり、KXは一対の測距瞳の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数である。
As shown in FIG. 17A, the calculation result of the equation (4) shows that the correlation amount C (L) is obtained when the shift amount L = kj (kj = 2 in FIG. 17A) with a high correlation between a pair of data. Be minimized. Next, a shift amount x that gives a minimum value C (L) min = C (x) with respect to a continuous correlation amount is obtained using a three-point interpolation method according to equations (2) to (5).
x = kj + D / SLOP (2),
C (x) = C (kj) − | D | (3),
D = {C (kj-1) -C (kj + 1)} / 2 (4),
SLOP = MAX {C (kj + 1) -C (kj), C (kj-1) -C (kj)} (5)
In addition, the defocus amount DEF of the subject image plane with respect to the planned image formation plane can be obtained from the following equation using the shift amount x obtained by the equation (1).
DEF = KX · PY · x (6)
In Equation (6), PY is a detection pitch, and KX is a conversion coefficient determined by the size of the opening angle of the center of gravity of the pair of distance measuring pupils.
算出されたデフォーカス量DEFの信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定される。図17(b)に示すように、一対のデータの相関度が低い場合は、内挿された相関量の最小値C(X)の値が大きくなる。したがって、C(X)が所定値以上の場合は信頼性が低いと判定する。あるいは、C(X)をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるSLOPでC(X)を除した値が所定値以上の場合は信頼性が低いと判定する。あるいはまた、コントラストに比例した値となるSLOPが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたデフォーカス量DEFの信頼性が低いと判定する。 Whether or not the calculated defocus amount DEF is reliable is determined as follows. As shown in FIG. 17B, when the degree of correlation between a pair of data is low, the value of the minimum value C (X) of the interpolated correlation amount is large. Therefore, when C (X) is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the reliability is low. Alternatively, in order to normalize C (X) with the contrast of data, it is determined that the reliability is low when the value obtained by dividing C (X) by SLOP which is a value proportional to the contrast is equal to or greater than a predetermined value. Alternatively, if SLOP that is proportional to the contrast is equal to or less than a predetermined value, it is determined that the subject has low contrast and the reliability of the calculated defocus amount DEF is low.
図17(c)に示すように、一対のデータの相関度が低く、シフト範囲Lmin〜Lmaxの間で相関量C(L)の落ち込みがない場合は、最小値C(X)を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。焦点検出が可能であった場合には算出された像ズレ量に所定の変換係数を乗じてデフォーカス量を算出する。 As shown in FIG. 17C, when the correlation between the pair of data is low and there is no drop in the correlation amount C (L) between the shift ranges Lmin to Lmax, the minimum value C (X) is obtained. In such a case, it is determined that the focus cannot be detected. When focus detection is possible, the defocus amount is calculated by multiplying the calculated image shift amount by a predetermined conversion coefficient.
ステップ140において合焦近傍か否か、つまり算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以内であるかを調べる。合焦近傍でないと判定した場合はステップ150へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置216へ送信し、交換レンズ202のフォーカシング用レンズ210をデフォーカス量に基づいて合焦位置に駆動させ、ステップ110へ戻って上述した動作を繰り返す。なお、焦点検出不能な場合もこのステップ150に分岐し、レンズ駆動制御装置216へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ202のフォーカシング用レンズ210を無限から至近間でスキャン駆動させ、ステップ110へ戻って上述した記動作を繰り返す。
In step 140, it is checked whether or not the focus is close, that is, whether the calculated absolute value of the defocus amount is within a predetermined value. If it is determined that the lens is not in focus, the process proceeds to step 150, the defocus amount is transmitted to the lens
一方、合焦近傍であると判定した場合はステップ160へ進み、シャッターボタン(不図示)の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判定し、なされていないと判定された場合はステップ110へ戻って上述した動作を繰り返す。シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップ170へ進み、レンズ駆動制御装置216へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ202の絞り値を制御F値(ユーザーまたは自動により設定されたF値)に設定する。絞り制御が終了した時点で、撮像素子212に撮像動作を行わせ、撮像素子212の撮像用画素および全てのAF用画素から画像データを読み出す。
On the other hand, if it is determined that the focus is close, the process proceeds to step 160, where it is determined whether or not a shutter release has been performed by operating a shutter button (not shown), and if it is determined that the shutter release has not been performed, the process returns to step 110. The above operation is repeated. If it is determined that the shutter release has been performed, the process proceeds to step 170, an aperture adjustment command is transmitted to the lens
ステップ180において、AF用画素列の各画素位置の画素データをAF用画素のデータおよび周囲の撮像用画素のデータに基づいて補間する。この補間処理については後述する。続くステップ190では撮像用画素のデータおよび補間されたデータからなる画像データをメモリーカードに保存し、ステップ110へ戻って上述した動作を繰り返す。
In
次に、画像データ補間処理について説明する。図18は、一実施の形態の図5に示す撮像素子212の模式的な構成を示す図である。緑画素G310a、青画素B310bおよび赤画素R310cがベイヤー配列されており、その一部の焦点検出エリアに対応する行に、AF用画素Aが一列に、間に2個の撮像用画素GとBを挟んで配置される。緑画素Gのあるべき位置にAF用画素A311aが、青画素Bのあるべき位置にAF用画素A311bが配置される。
Next, image data interpolation processing will be described. FIG. 18 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
図19は、一実施の形態の撮像素子212に対する画像データ補間処理を説明する図である。図において、撮像用画素の緑画素GのデータをGn、赤画素RのデータをRn、青画素BのデータをBn、焦点検出用画素AのデータをAn(n=1、2、・・・)とする。なお、特定画素に注目して補間処理を説明するが、緑画素の位置に配置されたすべてのAF用画素に対して同様な処理が施される。緑画素に配置されたAF用画素(データA1)の位置における画像データI(A1)は、次式により補間演算する。
I(A1)=(G2+G4+G5+G6+G7+G9+G11+G12)/8 ・・・(7)
(7)式のように画像データを補間演算することによって、AF用画素配列上にエッジや細線のような画像パターン400が重畳している場合でも、画像データG11、G12は画像パターン400を反映したデータとなっているので、良好な画像補間結果を得ることができる。
FIG. 19 is a diagram illustrating image data interpolation processing for the
I (A1) = (G2 + G4 + G5 + G6 + G7 + G9 + G11 + G12) / 8 (7)
The image data G11 and G12 reflect the
なお、統計処理してAF用画素の位置の画像データI(A1)を算出する手法としては、(7)式に示すような単純平均演算だけでなく、AF用画素に対して垂直な方向の周辺の複数箇所にある画素データを線形補間、2次以上の多次式で補間して求めたり、メジアン処理で求めてもよい。 As a method for calculating the image data I (A1) at the position of the AF pixel by performing statistical processing, not only a simple average calculation as shown in the equation (7) but also a direction perpendicular to the AF pixel. Pixel data at a plurality of peripheral positions may be obtained by linear interpolation, interpolation by a second-order or higher-order multi-order expression, or median processing.
また、画像データの補間演算に焦点検出用画素データA1を用いるようにしてもよい。
I(A1)={k1・(G2+G4+G5+G6+G7+G9+G11+G12)/8}+k2・ks・A1 ・・・(8)
(8)式において、係数ksは図15に示す出力比係数であり、撮像時の制御F値(絞りF値)に応じた出力比係数が選択される。また、係数k1、k2は周囲画素データより補間したデータとAF用画素データを混ぜ合わせる際の重み係数であり、k1+k2=1を満足する。AF用画素データA1はAF用画素の位置の輝度に対応したデータとなっているので、(8)式のように画像データの補間演算にAF用画素データA1を用いることによって、画像の高周波成分の再現性を向上させることができる。
Further, the focus detection pixel data A1 may be used for the interpolation calculation of the image data.
I (A1) = {k1 · (G2 + G4 + G5 + G6 + G7 + G9 + G11 + G12) / 8} + k2 · ks · A1 (8)
In the equation (8), the coefficient ks is an output ratio coefficient shown in FIG. 15, and an output ratio coefficient corresponding to a control F value (aperture F value) at the time of imaging is selected. The coefficients k1 and k2 are weighting coefficients when the data interpolated from the surrounding pixel data and the AF pixel data are mixed, and satisfy k1 + k2 = 1. Since the AF pixel data A1 is data corresponding to the luminance at the position of the AF pixel, the high-frequency component of the image is obtained by using the AF pixel data A1 for the interpolation calculation of the image data as shown in the equation (8). Reproducibility can be improved.
図20は、一実施の形態の撮像素子212に対する画像データ補間処理を説明する図である。図において、撮像用画素の緑画素のデータをGn、赤画素のデータをRn、青画素のデータをBn、AF用画素のデータをAn(n=1、2、・・・)とする。なお、以下の説明では特定画素に注目して補間処理を説明するが、青画素の位置に配置されたすべてのAF用画素に対して同様な処理が施される。青画素の位置に配置されたAF用画素(データA21)の位置における画像データI(A21)は、次式により補間演算する。
I(A21)=(B21+B22+B23+B24+B25+B26+B27+B28)/8 ・・・(9)
(9)式で画像データを補間することによって、AF用画素配列上にエッジや細線のような画像パターン400が重畳している場合でも、画像データB27、B28が画像パターン400を反映したデータとなり、良好な画像補間結果を求めることができる。
FIG. 20 is a diagram illustrating image data interpolation processing for the
I (A21) = (B21 + B22 + B23 + B24 + B25 + B26 + B27 + B28) / 8 (9)
By interpolating the image data with the equation (9), even when the
(9)式と同様に画像データの補間演算にAF用画素データA21を用いるようにしてもよい。
I(A21)={k1・(B21+B22+B23+B24+B25+B26+B27+B28)/8}+k2・ks・A21 ・・・(10)
Similarly to the equation (9), the AF pixel data A21 may be used for interpolation of image data.
I (A21) = {k1 · (B21 + B22 + B23 + B24 + B25 + B26 + B27 + B28) / 8} + k2 · ks · A21 (10)
《一実施の形態の変形例》
図21は変形例の撮像素子212Aの詳細な構成を示す正面図である。また、図22は撮像素子212Aの模式的な構成図である。図5に示す撮像素子212ではAF用画素311の間に2つの撮像用画素(緑画素と青画素)が配置されているのに対し、図21、図22ではAF用画素311の間に3つの撮像用画素(緑画素2個と青画素1個)が配置される。AF用画素311aは緑画素310aの位置に配置される。
<< Modification of Embodiment >>
FIG. 21 is a front view showing a detailed configuration of an imaging element 212A according to a modification. FIG. 22 is a schematic configuration diagram of the image sensor 212A. In the
図21、図22に示す撮像素子212Aの構成においても、(10)式、(11)式により緑画素の位置に配置されたAF用画素の画像データを補間演算することができる。この撮像素子212AではAF用画素が緑画素のみを置換して配置されるため、画像の青成分、赤成分はAF用画素の配置に影響されずに検出でき、画像の色再現性が向上する。 Also in the configuration of the image sensor 212A shown in FIGS. 21 and 22, the image data of the AF pixel arranged at the position of the green pixel can be interpolated by the equations (10) and (11). In this image sensor 212A, since the AF pixel is arranged by replacing only the green pixel, the blue component and the red component of the image can be detected without being affected by the arrangement of the AF pixel, and the color reproducibility of the image is improved. .
AF用画素の間隔をさらに広げることによって画像データの品質は更に向上するが、焦点検出精度の観点からはAF用画素の間隔は狭いほうが望ましいので、両者のバランスを考慮してAF用画素の間隔を決定することが肝要となるが、いずれにしてもAF用画素とAF用画素との間に画像データの補間演算に用いる撮像用画素を配置しておくことが最低限の必須要件となる。 Although the quality of the image data is further improved by further increasing the AF pixel interval, it is desirable that the AF pixel interval is narrow from the viewpoint of focus detection accuracy. However, in any case, it is a minimum essential requirement that an imaging pixel used for interpolation of image data is arranged between the AF pixel and the AF pixel.
図23は他の変形例の撮像素子212Bの詳細な構成を示す正面図である。また、図24は撮像素子212Bの模式的な構成を示す図である。図5に示す撮像素子212ではAF用画素311が水平方向(緑画素と青画素からなる行)に配置されていたが、図23、図24に示す撮像素子212BではAF用画素311cが斜め左上がり45度方向に配置される。AF用画素311は緑画素に置換して配置され、並び方向に1画素おきに配置されている。AF用画素311cは、図7に示すAF用画素311aを45度時計回りに回転したのと同様な光電変換部の構成を備えている。
FIG. 23 is a front view showing a detailed configuration of an
図25は、図23、図24に示す撮像素子212Bに対する画像データ補間処理を説明する図である。図において、撮像用画素の緑画素GのデータをGn、赤画素RのデータをRn、青画素BのデータをBn、焦点検出用画素AのデータをAn(n=1、2、・・・)とする。なお、以下の説明では特定画素に注目して補間処理を説明するが、緑画素の位置に配置されたすべてのAF用画素に対して同様な処理が施される。緑画素の位置に配置されたAF用画素(データA2)の位置における画像データI(A2)は、次式により補間演算する。
I(A2)=(G1+G3+G4+G5+G6+G7+G8+G10)/8 ・・・(11)
(11)式で画像データを補間することによって、AF用画素配列上にエッジや細線のような画像パターン401が重畳している場合でも、画像データG3、G8が画像パターン400を反映したデータとなり、良好な画像補間結果を求めることができる。
FIG. 25 is a diagram illustrating image data interpolation processing for the
I (A2) = (G1 + G3 + G4 + G5 + G6 + G7 + G8 + G10) / 8 (11)
By interpolating the image data with the equation (11), even when the
また、画像データの補間にAF用画素データA2を用いて次式により演算してもよい。
I(A2)={k1・(G1+G3+G4+G5+G6+G7+G8+G10)/8}+k2・ks・A2 ・・・(12)
Alternatively, the image data may be interpolated using the AF pixel data A2 by the following equation.
I (A2) = {k1 · (G1 + G3 + G4 + G5 + G6 + G7 + G8 + G10) / 8} + k2 · ks · A2 (12)
図23、図24に示す撮像素子212BのAF用画素の配置では、AF用画素の間隔が図5に示すAF用画素の配置より狭くできるので、画像品質の向上とともに焦点検出精度の向上が期待できる。
In the AF pixel arrangement of the
図26は、他の変形例の撮像素子212Cの詳細な構成を示す正面図である。図5に示す撮像素子212、図21に示す変形例の撮像素子212A、および図23に示す他の変形例の撮像素子212Bでは、AF用画素311がひとつの画素内に一対の光電変換部を備えていたが、図26に示す撮像素子212Cでは、AF用画素313,314はひとつの画素内にひとつの光電変換部を備えている。図26において、AF用画素313とAF用画素314とが一対になっており、上述した撮像素子211、211A、211BのAF用画素311aに相当する。
FIG. 26 is a front view illustrating a detailed configuration of an
図27は、図26に示すAF用画素の構成を示す図である。(a)に示すように、AF用画素313はマイクロレンズ10と光電変換部16を備えている。また、(b)に示すように、焦点検出用画素314はマイクロレンズ10と光電変換部17を備えている。これらの光電変換部16、17はマイクロレンズ10により交換レンズの射出瞳に投影され、図14に示す測距瞳92、93を形成する。したがって、AF用画素313,314により焦点検出の用いる一対の像のデータを得ることができる。AF用画素内にひとつの光電変換部を備えることによって、撮像素子の読み出し回路構成の複雑化を防止することができる。
FIG. 27 is a diagram showing a configuration of the AF pixel shown in FIG. As shown in (a), the
図28は、他の変形例の撮像素子212Dの詳細な構成を示す正面図である。この撮像素子212Dは、図21に示す撮像素子212AのAF用画素311aをAF用画素313とAF用画素314に置き換えたものである。
FIG. 28 is a front view showing a detailed configuration of an imaging element 212D of another modification. This image sensor 212D is obtained by replacing the
図29は、他の変形例の撮像素子212Eの詳細な構成を示す図である。上述した撮像素子212〜212Dでは撮像用画素の配列をベイヤー配列とした例を示したが、この撮像素子212Eでは緑画素G、青画素B、赤画素Rが水平方向にGBGRの順番に並んだ配列を備えている。AF用画素Aは緑画素Gの位置に配置され、AF用画素とAF用画素との間には緑画素G、青画素B、赤画素Rの3画素を配置する。このような画素配置においても本発明を適用することができる。
FIG. 29 is a diagram illustrating a detailed configuration of an image sensor 212E according to another modification. In the
なお、上述した撮像素子212〜212Dでは、撮像用画素の色フィルターをベイヤー配列とした例を示したが、撮像用画素の色フィルタの構成や配列はこれに限定されることはない。例えば、図4に示すような補色フィルタ(緑:G、イエロー:Ye、マゼンタ:Mg,シアン:Cy)を採用してもよい。
In the
また、上述した撮像素子212〜212EではAF用画素に色フィルタを設けない例を示したが、撮像用画素と同色の色フィルタの内、ひとつのフィルタ(たとえば緑フィルタ)を備えるようにした場合でも、本発明を適用することができる。このようにすれば、(11)式の補間演算による、緑画素の位置に配置されたAF用画素の画像データの補間精度が向上する。
In the above-described
上述した撮像素子212〜212Eは、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサとして形成することができる。
The
上述した一実施の形態では、撮像用画素のマイクロレンズと焦点検出用画素のマイクロレンズとを同一の光学特性とする例を示したが、異なる光学特性としてもよい。これにより、撮影光学系の射出瞳距離を、撮像に最適な距離と、焦点検出に最適な距離とに別個に設定することができる。 In the above-described embodiment, an example in which the microlens of the imaging pixel and the microlens of the focus detection pixel have the same optical characteristics has been described. However, different optical characteristics may be used. Thereby, the exit pupil distance of the photographing optical system can be set separately to the optimum distance for imaging and the optimum distance for focus detection.
《撮像装置》
上述した一実施の形態では交換レンズがカメラボディに装着されたデジタルスチルカメラを例に上げて説明したが、撮像装置は交換レンズとカメラボディから構成されるデジタルスチルカメラに限定されず、例えばレンズ一体型のデジタルスチルカメラやビデオカメラにも適用することができる。また、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュールや監視カメラなどにも、本発明を適用することができる。
<< Imaging device >>
In the above-described embodiment, the digital still camera in which the interchangeable lens is mounted on the camera body has been described as an example. However, the imaging apparatus is not limited to the digital still camera including the interchangeable lens and the camera body. It can also be applied to an integrated digital still camera or video camera. The present invention can also be applied to a small camera module, a surveillance camera, or the like built in a mobile phone.
このように、一実施の形態によれば、焦点検出用画素の位置の画像データを補間する際に、焦点検出用画素の配列方向における撮像用画素の画像データを利用できるので、画像データの補間精度が向上し、画像品質の劣化を防止することができる。また、焦点検出用画素の配列に細線パターンやエッジパターンが重畳した場合でも、これらのパターンが背景に埋もれることがない。 As described above, according to the embodiment, when interpolating the image data at the position of the focus detection pixel, the image data of the imaging pixel in the arrangement direction of the focus detection pixel can be used. Accuracy can be improved and deterioration of image quality can be prevented. Further, even when a fine line pattern or an edge pattern is superimposed on the array of focus detection pixels, these patterns are not buried in the background.
10 マイクロレンズ
11、12、13、16、17 光電変換部
202 交換レンズ
212、212A〜212E 撮像素子
214 ボディ駆動制御装置
310a、310b、310c 撮像用画素
311a、311b、313、314 焦点検出用画素
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記第1撮像用画素と前記第2撮像用画素とが交互に配置された画素列の一部において、少なくとも前記第1撮像用画素を置き換えて焦点検出用画素が配置され、
複数の前記焦点検出用画素のうちの、互いに隣り合う焦点検出用画素と焦点検出用画素との間には、前記第1撮像用画素と前記第2撮像用画素とが配置され、光学系により結像される像を撮像する撮像素子と、
前記焦点検出用画素の画素位置の画像データを、該焦点検出用画素と該焦点検出用画素に隣り合う焦点検出用画素との間に配置された前記第1撮像用画素および前記第2撮像用画素のうちの前記第1撮像用画素を含む、前記該焦点検出用画素に対して、対角方向、水平方向および垂直方向に、隣り合う複数の前記第1撮像用画素の画素データに基づいて補間する補間手段とを備え、
前記3種類の撮像用画素はそれぞれ赤色フィルタ、緑色フィルタおよび青色フィルタを備え、
前記3種類の撮像用画素がベイヤー配列に従って前記撮像素子に配置されることを特徴とする撮像装置。 Three types including a plurality of first imaging pixels having a first spectral sensitivity characteristic, a plurality of second imaging pixels having a second spectral sensitivity characteristic, and a plurality of third imaging pixels having a third spectral sensitivity characteristic The imaging pixels are arranged according to a two-dimensional regular arrangement,
In a part of the pixel row in which the first imaging pixels and the second imaging pixels are alternately arranged, at least the first imaging pixels are replaced and focus detection pixels are arranged,
Among the plurality of focus detection pixels, the first imaging pixel and the second imaging pixel are arranged between the focus detection pixel and the focus detection pixel that are adjacent to each other. An image sensor for capturing an image to be formed;
The first imaging pixel and the second imaging pixel that are arranged between the focus detection pixel and the focus detection pixel adjacent to the focus detection pixel are image data of the pixel position of the focus detection pixel. Based on pixel data of the plurality of first imaging pixels adjacent to each other in the diagonal direction, the horizontal direction, and the vertical direction with respect to the focus detection pixel including the first imaging pixel among the pixels. Interpolating means for interpolating,
Each of the three types of imaging pixels includes a red filter, a green filter, and a blue filter,
The image pickup apparatus, wherein the three kinds of image pickup pixels are arranged on the image pickup device according to a Bayer array.
前記焦点検出用画素は、前記画素列の一部における前記第1撮像用画素および前記第2撮像用画素に置き換わって前記撮像素子に配置され、
前記補間手段は、前記第1撮像用画素を置き換えて配置された前記焦点検出用画素の画像データを、該焦点検出用画素と該焦点検出用画素に隣り合う焦点検出用画素との間に配置された前記第1撮像用画素の画素データに基づいて補間するとともに、前記第2撮像用画素を置き換えて配置された前記焦点検出用画素の画像データを、該焦点検出用画素と該焦点検出用画素に隣り合う焦点検出用画素との間に配置された前記第2撮像用画素の画素データに基づいて補間することを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 1,
The focus detection pixel is disposed in the imaging element in place of the first imaging pixel and the second imaging pixel in a part of the pixel row,
The interpolation means arranges the image data of the focus detection pixels arranged by replacing the first imaging pixels between the focus detection pixels and the focus detection pixels adjacent to the focus detection pixels. And interpolating based on the pixel data of the first imaging pixels, and replacing the second imaging pixels with the image data of the focus detection pixels arranged to replace the focus detection pixels and the focus detection pixels. An image pickup apparatus that performs interpolation based on pixel data of the second image pickup pixel disposed between focus detection pixels adjacent to the pixel.
前記第1撮像用画素と前記第2撮像用画素とが前記撮像素子に正方配列され、前記画素列の延在方向は前記正方配列の各辺または対角線の方向とすることを特徴とする撮像装置。 In the imaging device according to claim 1 or 2,
The first imaging pixel and the second imaging pixel are squarely arranged on the imaging element, and the extending direction of the pixel row is a direction of each side or diagonal line of the square array. .
前記焦点検出用画素は、前記光学系の射出瞳において前記画素列の延在方向に沿った異なる瞳部分を通る対の光束を受光することを特徴とする撮像装置。 In the imaging device according to claim 1 or 2,
The focus detection pixel receives a pair of light fluxes passing through different pupil portions along the extending direction of the pixel row in the exit pupil of the optical system.
前記焦点検出用画素はマイクロレンズと光電変換部とを備え、
前記マイクロレンズに関して前記光電変換部と前記光学系の射出瞳とが共役であることを特徴とする撮像装置。 In the imaging device according to claim 1 or 2,
The focus detection pixel includes a microlens and a photoelectric conversion unit,
The imaging apparatus, wherein the photoelectric conversion unit and the exit pupil of the optical system are conjugate with respect to the microlens.
前記焦点検出用画素は対の光電変換部を備え、
前記対の光電変換部のそれぞれにより前記光学系の互いに異なる瞳部分を通る対の光束がそれぞれ受光されることを特徴とする撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 5,
The focus detection pixel includes a pair of photoelectric conversion units,
An image pickup apparatus, wherein a pair of light fluxes passing through different pupil portions of the optical system are received by each of the pair of photoelectric conversion units.
前記焦点検出用画素が備える前記光電変換部により前記光学系の互いに異なる瞳部分を通る対の光束の一方が受光されることを特徴とする撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 5,
An imaging apparatus, wherein one of a pair of light beams passing through different pupil portions of the optical system is received by the photoelectric conversion unit provided in the focus detection pixel.
前記光学系の互いに異なる瞳部分を通る対の光束をそれぞれ受光する対の前記焦点検出用画素が複数対配置されることを特徴とする撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 7,
An image pickup apparatus comprising a plurality of pairs of focus detection pixels that respectively receive a pair of light beams passing through different pupil portions of the optical system.
前記焦点検出用画素は前記第1撮像用画素および前記第2撮像用画素と異なる分光感度特性を有することを特徴とする撮像装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 8,
The focus detection pixel has a spectral sensitivity characteristic different from that of the first imaging pixel and the second imaging pixel.
前記規則的な配列を構成する前記第1撮像用画素を置き換えて配置された前記焦点検出用画素は、置き換えられた該第1撮像用画素と同じ分光感度特性を有することを特徴とする撮像装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 8,
The focus detection pixels arranged by replacing the first imaging pixels constituting the regular array have the same spectral sensitivity characteristics as the replaced first imaging pixels. .
前記第1撮像用画素および前記第2撮像用画素は、それぞれマイクロレンズと光電変換部とを備え、
前記マイクロレンズに関して前記光電変換部と前記光学系の射出瞳とが共役であることを特徴とする撮像装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 10,
The first imaging pixel and the second imaging pixel each include a microlens and a photoelectric conversion unit,
The imaging apparatus, wherein the photoelectric conversion unit and the exit pupil of the optical system are conjugate with respect to the microlens.
前記第1撮像用画素および前記第2撮像用画素がそれぞれ備えるマイクロレンズの光学特性と、前記焦点検出用画素が備えるマイクロレンズの光学特性とを相異ならせることを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 11,
An imaging apparatus, wherein optical characteristics of a microlens provided in each of the first imaging pixel and the second imaging pixel are different from optical characteristics of a microlens provided in the focus detection pixel.
前記撮像素子の前記焦点検出用画素の出力データに基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段をさらに備えることを特徴とする撮像装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 10,
An image pickup apparatus, further comprising: a focus detection unit that detects a focus adjustment state of the optical system based on output data of the focus detection pixels of the image pickup element.
前記ベイヤー配列を構成する正方配列に含まれる前記第1撮像用画素を置き換えて配置された前記焦点検出用画素の画素位置に対し、前記正方配列の各辺および対角線の方向において最も近接した画素位置には該焦点検出用画素に隣り合う焦点検出用画素が配置されないことを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 1,
The pixel position closest in the direction of each side and diagonal of the square array to the pixel position of the focus detection pixel arranged by replacing the first imaging pixel included in the square array constituting the Bayer array The imaging apparatus is characterized in that no focus detection pixels adjacent to the focus detection pixels are arranged.
前記撮像用画素の配列の水平方向、垂直方向および対角方向のうちのいずれか1つの方向の直線上に配列した撮像用画素のうち複数の前記第1撮像用画素のそれぞれに置き換えて複数の焦点検出用画素が配置され、
前記複数の焦点検出用画素のうちの、互いに隣り合う焦点検出用画素と焦点検出用画素との間には、少なくとも1つの前記第1撮像用画素が配置されるとともに、各焦点検出画素の周囲には、前記各焦点検出用画素を挟んで対角方向に4つの前記第1撮像用画素が前記各焦点検出用画素に隣接して配置され、前記各焦点検出用画素を挟んで水平方向に前記各焦点検出用画素から1画素ずつおいて2つの前記第1撮像用画素が配置され、前記各焦点検出用画素を挟んで垂直方向に前記各焦点検出用画素から1画素ずつおいて2つの前記第1撮像用画素が配置される撮像素子と、
前記各焦点検出用画素を挟んで対角方向に前記各焦点検出用画素に隣接して配置された4つの前記第1撮像用画素の画素データと、前記各焦点検出画素を挟んで水平方向に前記各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された2つの前記第1撮像用画素の画素データと、前記各焦点検出画素を挟んで垂直方向に前記各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された2つの前記第1撮像用画素の画素データとに基づき、前記各焦点検出画素の位置の画像データを補間演算する補間演算手段とを備えることを特徴とする撮像装置。 2 rows and 2 columns comprising two first imaging pixels having green spectral characteristics, one second imaging pixel having blue spectral characteristics, and one third imaging pixel having red spectral characteristics Are arranged two-dimensionally as a Bayer array,
A plurality of the first imaging pixels are replaced by a plurality of the imaging pixels arranged on a straight line in any one of the horizontal direction, the vertical direction, and the diagonal direction of the arrangement of the imaging pixels. Focus detection pixels are arranged,
Among the plurality of focus detection pixels, at least one first imaging pixel is arranged between the focus detection pixels and the focus detection pixels adjacent to each other , and around each focus detection pixel. The four first imaging pixels are arranged adjacent to the focus detection pixels in the diagonal direction across the focus detection pixels, and in the horizontal direction across the focus detection pixels. Two first imaging pixels are arranged one pixel from each focus detection pixel, and two one pixel from each focus detection pixel in the vertical direction across the focus detection pixels. An image sensor on which the first imaging pixels are disposed;
Pixel data of the four first imaging pixels arranged adjacent to each focus detection pixel in a diagonal direction across each focus detection pixel, and in a horizontal direction across each focus detection pixel Pixel data of two first imaging pixels arranged one pixel from each focus detection pixel and one pixel from each focus detection pixel in the vertical direction across each focus detection pixel. And an interpolation calculation means for performing an interpolation calculation on the image data at the position of each focus detection pixel based on the pixel data of the two first imaging pixels arranged in this manner.
複数の前記第2撮像用画素のそれぞれに置き換えて複数の焦点検出用画素が配置されるとともに、
前記複数の焦点検出用画素の各焦点検出用画素に対し水平方向において最も近い位置に位置し、前記各焦点検出用画素を挟んで水平方向に前記各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された2つの前記第2撮像用画素と、前記各焦点検出用画素に対し垂直方向において最も近い位置に位置し、前記各焦点検出用画素を挟んで垂直方向に前記各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された2つの前記第2撮像用画素と、前記各焦点検出用画素に対し対角方向において最も近い位置に位置し、前記各焦点検出用画素を挟んで対角方向に前記各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された4つの前記第2撮像用画素とのそれぞれについては、前記複数の焦点検出用画素で置き換えない撮像素子と、
前記各焦点検出用画素に対し水平方向において最も近い位置に位置し、前記各焦点検出用画素を挟んで水平方向に前記各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された2つの前記第2撮像用画素の画素データと、前記各焦点検出用画素に対し垂直方向において最も近い位置に位置し、前記各焦点検出用画素を挟んで垂直方向に前記各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された2つの前記第2撮像用画素の画素データと、前記各焦点検出用画素に対し対角方向において最も近い位置に位置し、前記各焦点検出用画素を挟んで対角方向に前記各焦点検出用画素から1画素ずつおいて配置された4つの前記第2撮像用画素の画素データとに基づき、前記各焦点検出用画素の位置の画像データを補間演算する補間演算手段とを備えることを特徴とする撮像装置。 2 rows and 2 columns comprising two first imaging pixels having green spectral characteristics, one second imaging pixel having blue spectral characteristics, and one third imaging pixel having red spectral characteristics Are arranged two-dimensionally as a Bayer array,
A plurality of focus detection pixels are arranged in place of each of the plurality of second imaging pixels, and
The focus detection pixels of the plurality of focus detection pixels are positioned closest to each focus detection pixel in the horizontal direction, and are arranged one pixel from each focus detection pixel in the horizontal direction across the focus detection pixels. The two second imaging pixels and the focus detection pixels that are positioned closest to each other in the vertical direction, and each of the focus detection pixels is 1 from the focus detection pixels in the vertical direction. The two second imaging pixels arranged separately from each other and the closest position in the diagonal direction with respect to each focus detection pixel, and in the diagonal direction across the focus detection pixels For each of the four second imaging pixels arranged one pixel from each focus detection pixel, an imaging device that is not replaced with the plurality of focus detection pixels,
The two second pixels are located closest to the focus detection pixels in the horizontal direction, and are arranged one pixel from the focus detection pixels in the horizontal direction with the focus detection pixels interposed therebetween. One pixel from each focus detection pixel is positioned in the vertical direction with respect to the pixel data of the imaging pixel and the focus detection pixel, and is positioned closest to the focus detection pixel in the vertical direction. The pixel data of the two second imaging pixels that are arranged, and each of the focus detection pixels are positioned closest to each other in the diagonal direction. Interpolation calculation means for interpolating the image data at the position of each focus detection pixel based on the pixel data of the four second imaging pixels arranged one by one from the focus detection pixel. Special Imaging device according to.
前記複数の第1撮像用画素に置き換えて、互いに対をなす第1焦点検出用画素と第2焦点検出用画素とが複数対配置されるとともに、
光学系により結像される像を撮像する撮像素子であって、
前記複数の第2撮像用画素の画素数と前記複数の第3撮像用画素の画素数とは等しく、
前記複数の第1撮像用画素の画素数は前記複数の第2撮像用画素の画素数の2倍であり、
前記第1焦点検出用画素および前記第2焦点検出用画素は前記複数の第1撮像用画素と同一の緑色の分光特性を有し、
前記第1焦点検出用画素および前記第2焦点検出用画素の各々は1つのマイクロレンズと1つの光電変換部とを備え、
前記マイクロレンズに関して前記光電変換部と前記光学系の射出瞳とが共役であり、
前記第1焦点検出用画素が備える前記光電変換部により前記光学系の互いに異なる瞳部分を通る対の光束の一方が受光され、かつ前記第2焦点検出用画素が備える前記光電変換部により前記対の光束の他方が受光されるとともに、
前記対の光束の並び方向に互いに隣り合って配置された前記第1焦点検出用画素どうしの間と、前記対の光束の並び方向に隣り合って配置された前記第2焦点検出用画素どうしの間とに前記第1撮像用画素がそれぞれ配置される撮像素子と、
前記対の光束の並び方向に互いに隣り合って配置された前記第1焦点検出用画素どうしの間に配置された前記第1撮像用画素の画素データと、前記第1焦点検出用画素の画素データとを含む少なくとも2つの画素データに基づき、前記第1焦点検出用画素の位置の画像データを補間演算するとともに、前記対の光束の並び方向に隣り合って配置された前記第2焦点検出用画素どうしの間に配置された前記第1撮像用画素の画素データと、前記第2焦点検出用画素の画素データとを含む少なくとも2つの画素データに基づき、前記第2焦点検出用画素の位置の画像データを補間演算する補間演算手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
A plurality of first imaging pixels having green spectral characteristics, a plurality of second imaging pixels having blue spectral characteristics, and a plurality of third imaging pixels having red spectral characteristics are two-dimensional rules. Arranged according to a typical sequence,
In place of the plurality of first imaging pixels, a plurality of pairs of first focus detection pixels and second focus detection pixels that are paired with each other are arranged, and
An image sensor that captures an image formed by an optical system,
The number of pixels of the plurality of second imaging pixels is equal to the number of pixels of the plurality of third imaging pixels,
The number of pixels of the plurality of first imaging pixels is twice the number of pixels of the plurality of second imaging pixels,
The first focus detection pixel and the second focus detection pixel have the same green spectral characteristics as the plurality of first imaging pixels,
Each of the first focus detection pixel and the second focus detection pixel includes one microlens and one photoelectric conversion unit,
The photoelectric conversion unit and the exit pupil of the optical system are conjugate with respect to the microlens,
One of a pair of light beams passing through different pupil portions of the optical system is received by the photoelectric conversion unit included in the first focus detection pixel, and the pair of light beams is included in the second focus detection pixel. The other of the luminous flux is received,
Between the first focus detection pixels arranged adjacent to each other in the arrangement direction of the pair of light beams and between the second focus detection pixels arranged adjacent to each other in the arrangement direction of the pair of light beams. An image sensor in which the first imaging pixels are respectively arranged between
Pixel data of the first imaging pixels arranged between the first focus detection pixels arranged adjacent to each other in the arrangement direction of the pair of light fluxes, and pixel data of the first focus detection pixels The second focus detection pixels arranged adjacent to each other in the arrangement direction of the pair of light fluxes while performing interpolation calculation on the image data at the position of the first focus detection pixels based on at least two pixel data including An image of the position of the second focus detection pixel based on at least two pieces of pixel data including pixel data of the first imaging pixel and pixel data of the second focus detection pixel arranged between each other An imaging apparatus comprising: an interpolation calculation means for performing interpolation calculation of data.
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